鄭曉峰+鄭博文

摘 要：將STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片，利用C語言編程技術(shù)，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)，電磁鐵的控制，以及與傳感器和PC機(jī)的通訊；以高精度激光位移傳感器作為測量系統(tǒng)的核心，準(zhǔn)確測量軸承徑向游隙；通過Labview可視化編程軟件，編制顯示系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)，界面簡潔友好，操作簡單方便。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2單片機(jī) 激光位移傳感器 labview

Abstract： The STC12C5A60S2 single chip microcomputer is used as the main control chip， the control of the stepping motor， the electromagnet and the communication with the sensor and PC are realized with C language program. With the high precision laser displacement sensor as the core of the measuring system，the radial clearance of the bearing is accurately measured. By Labview visual programming software，the display systems is prepared for data display and storage，and the interface is simple and friendly，easy to operate.

Key words： STC12C5A60S2 single chip microcomputer； Laser Displacement Sensor； Labview

軸承正常工作時(shí)需具備合理必要的旋轉(zhuǎn)精度，以及合適的徑向游隙和軸向游隙。其中，徑向游隙過大，會(huì)引起振動(dòng)與噪聲，過小則會(huì)使?jié)L動(dòng)體與套圈之間產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力而摩擦發(fā)熱，以至于影響軸承的使用壽命。因此，軸承徑向游隙是軸承的必檢項(xiàng)目之一[1-2]。為了提升檢測效率，該項(xiàng)目研制出一種新型的軸承徑向游隙動(dòng)態(tài)檢測裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承徑向游隙的自動(dòng)化檢測。該裝置由機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)等組成，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該文著重介紹控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

裝置需要具備送料、軸承內(nèi)圈夾緊、軸承外圈頂旋、游隙分選、激光傳感器測量及與PC機(jī)通訊等功能。為了實(shí)現(xiàn)上述動(dòng)作，由三個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)送料機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)和分選機(jī)構(gòu)，由電磁鐵和小型步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)頂旋，單片機(jī)通過RS232控制激光位移傳感器和PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集與傳輸。

為此，項(xiàng)目選擇了STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片。STC12C5A60S2單片機(jī)是一款高速處理芯片，工作頻率為0～35 MHz，處理速度是8051的8～12倍。片上集成1280字節(jié)RAM存儲(chǔ)區(qū)，用戶程序空間可達(dá)62 K，同時(shí)具備44個(gè)通用IO口，4個(gè)16位定時(shí)器，2個(gè)時(shí)鐘輸出口，7路外部中斷IO口，2路PWM/PCA，8路10位精度ADC及雙串口[3]。該芯片功能強(qiáng)大，滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。

部分程序如下：

main

{ UART_init（）； /*串口初始化 */

S2CON=0x50； /*串口2允許接收 */

BRT=0xfd； /*獨(dú)立波特率發(fā)生器*/

AUXR=0x91； /*允許獨(dú)立波特率發(fā)生器*/

IE2=0x01； /*串口2中斷允許 */

ES=1； /*串口1中斷允許 */

IT0=0； /*外部中斷0低電平觸發(fā)*/

EX0=1； /*外部中斷0允許*/

EA=1； /*總中斷允許 */

sendc1（zifuchuan）； /*與激光傳感器通訊*/

for（j=0；j<25000；j++）

{

} /*延時(shí) */

m1=DAT2[5]%16；

m2=DAT2[6]%16；

m3=DAT2[7]%16；

t=m3*100+m2*10+m1；

b2=m1*100+m2*10+m3； /*接收數(shù)據(jù)處理*/

i=0；

while（t>=10）

{

zht[i++]= t%10+0x30；

t/= 10；

}

zht[i] = t+0x30；

void Uart_inter（void） interrupt 4

{ if（RI）

{

if（t==0）

{

DAT[ReceiveCount] = SBUF；

ReceiveCount++；

if（ReceiveCount >10）

{

ReceiveCount = 0；

}

}

if（t==1）

{

DAT2[ReceiveCount2] = SBUF；

ReceiveCount2++；

if（ReceiveCount2 >10）

{

ReceiveCount2 = 0；

}

}

RI = 0；

}

}

2 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該裝置采用高精度激光位移傳感器實(shí)現(xiàn)軸承徑向游隙的測量。激光位移傳感器的測量原理如圖2所示。

半導(dǎo)體激光器1發(fā)射出激光信號(hào)，由凸透鏡2折射后聚焦于被測物體6，并經(jīng)被測物體6反射，反射光線被凸透鏡3收集，投射于CCD陣列4上，信號(hào)處理器5通過三角函數(shù)計(jì)算陣列4上的光點(diǎn)位置，從而得到被測物體的距離。

軸承徑向游隙測量原理如圖3所示。固定激光位移傳感器，同時(shí)夾緊軸承內(nèi)圈，頂旋桿未作用時(shí)，測量初始位置為s1，然后頂旋桿上頂，測量位置為s2，軸承徑向游隙即為s1～s2。

根據(jù)項(xiàng)目要求，所選的激光位移傳感器參數(shù)如下：（1）測量范圍2 mm（測量距離24～26 mm）；（2）光斑直徑0.025×0.06 mm；（3）精度±1 μm；（4）重復(fù)性0.3 μm；（5）分辨率0.1 μm；（6）測量頻率10 kHz；（7）響應(yīng)時(shí)間0.5 ms；（8）溫度漂移% FS/℃。

該激光位移傳感器可通過電壓采集或RS232采集。采集時(shí)，主機(jī)發(fā)送十六進(jìn)制“02 4D 45 41 53 55 52 45 20 42 03”（即MEASURE A，測量A通道），傳感器收到指令后，返回相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，如“02 2B 38 39 2E 31 39 31 03 ”（即89.191）。

3 數(shù)據(jù)采集界面設(shè)計(jì)

經(jīng)激光位移傳感器測量軸承徑向游隙，并經(jīng)單片機(jī)處理后，將數(shù)據(jù)通過RS232串口發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行顯示，即編制數(shù)據(jù)采集與顯示界面。該文采用Labview進(jìn)行編程。Labview是一種可視化編程軟件，采用圖形化編程語言，主要用于測量與控制系統(tǒng)的開發(fā)[4]。

通過Labview編制的界面如圖4所示。

4 結(jié)語

項(xiàng)目研制了新型的軸承徑向游隙檢測與分選裝置，該文著重介紹了該裝置的控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)了軸承的自動(dòng)送料、自動(dòng)夾緊、自動(dòng)分選；測量系統(tǒng)采用高精度激光位移傳感器能夠準(zhǔn)確測量軸承徑向游隙；顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ)，界面簡潔友好，操作簡單方便。

參考文獻(xiàn)

[1]王學(xué)輝，孫如華，劉瑞實(shí).軸承原始徑向游隙的確定[J].軸承，2007（2）：6-8.

[2]陸興邦，袁新，劉瑩.國內(nèi)軸承裝配設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r[J].海爾濱軸承，2004，25（4）：36-40.

[3]李傳偉，王燕妮.單片機(jī)的接口電路[J].中國教育設(shè)備裝備，2004（6）：17-19.

[4]陳於學(xué)，楊曙年.虛擬儀器與PLC串口通信的實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀表，2004，19（6）：57-60.